Nuova ricerca



Modeling and Numerical Simulation of Carbon Fullerenes and Nanotubes and their Composites - New Team

Acronimo FULLMOS

Abstract Le nanotecnologie permettono di manipolare i corpi a livello molecolare e di creare nuovi materiali. Il progetto di ricerca FULLMOS, elaborato dal Dipartimento Tecnologie Innovative della SUPSI, ha sviluppato un sistema di simulazione informatica per studiare le proprietà di nuovi materiali. Finanziato dalla Commissione Tecnologia e Innovazione (CTI) e diretto dal Dr. Andrea Danani, il progetto intende fornire nuovi strumenti di simulazione allo scopo di verificare le proprietà di nanocompositi, prima di realizzarli. La nanotecnologia non è semplicemente lo studio della materia ad una scala molecolare ma è un'applicazione pratica delle conoscenze dell'infinitamente piccolo allo scopo di intervenire direttamente sulla disposizione delle molecole all'interno di un materiale. Da anni i ricercatori stanno lavorando sui materiali compositi, ottenuti combinando fra loro diverse entità o inserendo in una matrice di base dei rinforzi artificiali. L'unione permette di ottenere materiali con proprietà meccaniche, termiche, elettriche migliori rispetto a quelle dei singoli costituenti, come materiali più resistenti, leggeri e poco vulnerabili alla corrosione. Le nanotecnologie hanno indotto un'ulteriore evoluzione dei materiali compositi: i rinforzi sono ora a scala nanometrica e andranno a sostituire i rinforzi tradizionali per creare i materiali chiamati ?nanocompositi?. Il progetto di ricerca FULLMOS della SUPSI ha elaborato uno strumento di simulazione informatica per creare virtualmente materiali nanocompositi e studiarne le caratteristicheL'obiettivo del progetto è quello di individuare e migliorare attraverso la simulazione informatica le proprietà dei nanocompositi e successivamente di sperimentare alcune soluzioni in laboratorio. I ricercatori della SUPSI hanno creato uno strumento di simulazione che permette di studiare i nuovi materiali miscelando virtualmente a scala nanometrica dei polimeri e dei nanotubi. Nel progetto si vuole quindi verificare il potenziale tecnologico di questi nuovi materiali, cercando di capire in quale misura i nanotubi migliorino le proprietà meccaniche del polimero e a quali condizioni può risultare economicamente favorevole utilizzare nanotubi come rinforzo. Visto il largo uso e la grandissima diffusione dei polimeri, specialmente nei settori tecnologicamente più avanzati, i materiali compositi nano-rinforzati rappresentano uno dei settori più promettenti in numerose applicazioni ingegneristiche. I risultati hanno per ora dimostrato le potenzialità della simulazione per la creazione di nanocompositi. Essa consente di ridurre i tempi di progettazione e di verificare rapidamente diverse soluzioni possibili e quindi di valutare la fattibilità delle diverse idee, confrontare le alternative e identificare eventuali debolezze progettuali prima della fase di produzione dei prototipi. Data la difficoltà di controllare oggetti su scala nanometrica, la simulazione acquisisce una grossa importanza in questo campo e permette di realizzare, in una seconda fase, degli esperimenti mirati. L'attività di ricerca è strutturata in due parti: una prima parte si basa sulla simulazione numerica, ed è coordinata dal Dr. Andrea Danani che utilizza dei modelli a elementi finiti e di dinamica molecolare per ottenere informazioni ?a priori? sui materiali. Nella seconda parte, coordinata dall'Ing. Alberto Ortona, sono invece testati campioni di composito ?fatti in casa?, cercando di confermare o confutare la modellistica sviluppata. ?L'obiettivo - spiega il Dr. Danani - è di riuscire, dopo questa fase esplorativa, a sfruttare le peculiarità dei nanotubi per aumentare le prestazioni di nuovi prodotti ed estenderne i settori applicativi?.

Enti SUPSI coinvolti Istituto Dalle Molle di studi sull'intelligenza artificiale
Istituto di ingegneria meccanica e tecnologie dei materiali

Persone coinvolte Renzo Longhi, Alberto Ortona, Marco Zaffalon, Walter Amaro, Raffaele Ponti, Franco Barilone, Davide Montorfano

Responsabili Andrea Danani

Data di inizio progetto 1 novembre 2002

Data di chiusura progetto 1 dicembre 2003

 
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